基于ADAMS的货叉机构运动学仿真分析

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Abstract：The ADAMS multi-body kinematics simulation software is adopted for establishment of kinematics model ai-ming at the design scheme for a fork mechanism，with further simulation analysis and research on the kinematic characteristics，providing basis for evaXuating the design scheme。

Keywords：fork mechanism；ADAMS；kinematics simulation复杂机构的结构运动学和动力学分析较繁琐，若采用解析法求解，过程繁琐，难度较大↑年来 ，国内许多学者和研究机构普遍采用软件设计的方法，通过建立虚拟样机，测试典型工况下虚拟样机的工作性能，分析所设计机构 的特性1j。

本文针对-种货叉机构，重点阐述了用多体系统动力学仿真软件ADAMS进行运动学建模和仿真的过程，并分析了其运动学特性。

1 利用 ADAMS建立货叉机构的运动学模型1.1 机构分析如图 1所示，货叉机构结构组成如下 ：举升液压缸(1套)的活塞杆和缸体分别与门架和臂 ，铰接，倾斜液压缸(2套)L 、臂(2套)L 、门架与货叉共同构成四连杆机构，货叉与四连杆机构铰接，货叉机构的举升过程属于多体动力学研究范畴。

货叉机构在举升过程中，举升液压缸的活塞杆和缸体做相对直线运动，缸体整体绕门架结点旋转，在举升液压缸与倾斜液压缸共同作用下，按照四连杆运动规律运动，货叉相对四连杆机构旋转。

1.2 货叉机构的运动学关系分析1)举升液压缸伸展速度与货叉角速度的关系如图2所示， 为货叉处于运动初始状态时上横臂与水平线的夹角，图2中L AE，L，AC。

(VltCD) L；AD -2·L3·AD X- - - - - - 40 ..--1.货叉 2.上横臂 3.倾斜液压缸4.举升液压缸 5.限位块 6.门架图 1 货叉机构示意图COS(90。tot- -口)式中： 为举升液压缸缸体与活塞杆相对运动速度，09为货叉与四连杆机构相对角速度。

2)倾斜液压缸伸展速度与货叉角速度的关系(V2tL1) BE EF -2·BE·EF·COS(90。cot-/DBE)(初始状态 DB垂直于EF)《起重运输机械》 2013(3)图2 计算示意图式中：L 为货叉处于运动初始状态时倾斜液压缸的长度， 为倾斜液压缸缸体与活塞杆相对运动速度，∞为货叉与四连杆机构相对角速度。

2 动力学模型的建立2.1 系统结构参数弱叉 重力 G 1 176 N，额定载荷 G：9 800 N。运动初始状态四连杆机构参数 ：倾斜液压缸 Ll640 mm，摇臂 L2640 mm，L3AC303 mm，举升液压缸两固定结点之间的距离 L 20 mm。举升液压缸的举升速度为 l6.98 m/rain。

2.2 理想状态下条件假设1)不考虑空气阻力和构件之间的摩擦力；2)由于流量-定，举升液压缸以匀速伸展；3)为了保证举升过程中货叉水平，倾斜液压缸长度恒定；4)为了方便建立模型以及确定质心位置，货叉架及货叉横移装置用模型块表示。

2.3 几何建模在 ADAMS/View中建立货叉机构动力学模型主要步骤 ：1)检查和设置建模的基本环境；2)定义连接点，构建几何体模型；3)根据货叉机构各个构件之间的相对运动关系施加约束和载荷。

3 运动学仿真分析建立模型后，在 ADAMS/View中调用 AD。

3.1 货叉举升时间在ADAMS中建模时引进中间变量 (见图 1)，《起重运输机械》 2013(3)1 2 3 4 51.载荷 2.货叉 3.左侧倾斜液压缸4.举升液压缸 5.右侧倾斜液压缸图 3 货叉机构的三维动力学模型初始状态时货叉完全伸展开始弱，举升过程中随时间变化，当 为9O。时，货叉完成举升。

为了对货叉的举升过程进行控制，使 达到90。时仿真过程结束，引入 ADAMS软件中的传感器工具 J。y作为传感器控制参数，当 ≤90。时运行仿真，当 >90。时仿真停止。

大小与时间的关系如图 4所示，初始状态 78。；当t0.38 s时， 达到最小值76。；货叉举升时间为 1.417 s。

时间/s图4 货叉举升时间3.2 载荷的运动特性货叉举升过程中，载荷的位移、速度和加速度分别见图5～图7。

时间/s图 5 载荷位移. . . .- - 41..-- I∞ g昌制图 6 载荷速度时间/s图 7 载荷加速度对载荷运动曲线进行分析，结果见表 1。

表 1 载荷运动特性时间/ 载荷速度/ 载荷加速度/ 载荷运动S (mm·s ) (mm·s ) 状态0 635.6 880.4 初始状态0.353 612.5 583.8 载荷加速度最小0.362 603.8 593.7 载荷速度最小1.417 966.9 1 896.5 运动结束3.3 举升液压缸的运动特性货叉举升过程中，举升液压缸是主动构件，对其运动规律进行研究有助于整个货叉机构的设计与优化。通过仿真得到举升液压缸的位移、速度和加速度以及角速度和角加速度，分别见图8～图 12g滁- 42 - 时间/s图 8 举升液压缸位移1世旺 时间/s图9 举升液压缸速度时间/s图 10 举升液压缸加速度。

I l 10 0 O 75 l 5时间/s图 12 举升液压缸角加速度对举升液压缸运动 曲线进行分析，结果见表 2。

《起重运输机械》 2013(3)- ∞自g)/ 最- ∞ Ⅲ1 罴- ∞.(o1J/世 景表2 举升液压缸运动特性时间/ 速度/ 加速度/ 角速度/S (mm·s ) (mm·s ) [(。) ·s ] 运动状态0 413.6 474.8 20.7 初始状态0.353 387.5 593.7 0 速度最小0.905 426.8 174.5 16.6 加速度最小1.417 615.6 207.0 30.7 运动结束3.4 仿真结果分析理想状态下，举升液压缸举升速度恒定为16.98 m/min。货叉机构举升过程中，载荷的最小速度为603.8 mm/s，最杏速度为 583.8 mm/s ，载荷举升速度在0.353 S时降至最小，而后逐渐上升。举升液压缸最小速度为 387.5 mm/s，最杏速度为 174.5 mm/s ，在 0.353 S时举升液压缸速度达到最小且角速度为0。

4 嗅本文运用多体动力学仿真软件 ADAMS对-种四连杆货叉的设计方案进行了建模和运动学仿真分析。在仿真过程中，分析了货叉载荷和举升液压缸的运动特性，为评价设计方案提供了依据。

在设计的初始阶段，用户不必从数学上对结构的运动学方程及其求解进行繁琐的分析、推导和论证 ，只需运用 ADAMS软件就可对机构进行分析和论证，并可以通过仿真得到各个构件的运动特性。